食品化学 第二章 碳水化合物 3改性淀粉和改性纤维素 植物胶质的结构和性质 碳水化合物结构与功能的关系多糖的结构与功能的关系p多糖与水溶液中的分子移动性 p多糖的结构与水合性 p多糖的结构与粘度的关系 p多糖的结构与老化和凝胶 I 多糖与水溶液中的分子移动性p多糖并不会对食品的冰点产生很大影响，因为冰 点的下降主要取决于溶质的粒子数目p多糖类物质具有高粘度，限制水分子的流动性， 因此阻碍了冰晶的发展p低分子碳水化合物主要是通过数量起作用，高分 子碳水化合物主要通过结构状态起作用，共同在 冰晶的周围形成浓缩的无定形基质p碳水化合物在冷冻条件下对食品起到保护作用， 阻止了食品成分的变性 II多糖的结构与水合性 p纤维素线状分子通过氢键互相联系，结晶区十分 紧密，故成不溶于水的坚韧纤维p多数多糖分子的结晶区域不够紧密，容易发生水 合作用甚至溶解于水p多数杂多糖含有不均一的糖苷区段和分支结构， 难以形成微纤束，分子间联系不紧密因此它们 具有较高的溶解性p总的来说，多糖的分子组成和分支越不规则，链 之间越难以整齐地排列，其溶解性就越高 III多糖的结构与粘度的关系p多糖分子在溶液中不停地旋转振动，互相碰撞， 造成摩擦，耗费能量，因此产生了粘度。
p线状分子可在低浓度下产生高粘度的溶液粘度 与聚合度(分子量)有关，也与分子的延展性和变 形能力有关高度分支的多糖分子在同样的分子 量下占用空间较小，因此碰撞较少，粘度较低 也就是说，高度分支的多糖分子要产生同样的粘 度，需要较高的分子量p同样，仅带一种电荷的线状分子(多半是负电荷) 因为电荷的排斥力常形成较伸展的构型，增加了 链在溶液中占据的实际空间，因而具有高粘度 图：多糖的分子形状和粘度p在同样的分子量下， 高度分支的多糖分子 占用空间较小，粘度 较低线状分子所占 空间大，粘度较高p如果分子长度相同， 则分支多者粘度高IV多糖的结构与老化和凝胶p线性分子无取代基：长分子互相碰撞，形成距离 较远的氢键，形成三维持水结构而凝胶或者因 为分子氢键作用束状化而老化p线性分子上有取代基：分子之间因空间阻碍不易 互相靠近，能够形成稳定的溶液，不易凝胶p线状分子上有带电荷基团：电性斥力也使得分子 难以互相靠近凝胶，形成高粘度稳定溶液p环境pH的变化：如果pH降低，羧基失去电荷， 则分子象其他直链多糖一样容易相互靠近，形成 凝胶强酸基团则不受pH影响淀粉的凝胶和老化V 假塑性和触变性p多糖溶液常见的流变状态是假塑性和触变性。
p假塑性流体受剪切力后变稀其粘度的改变与时 间无关，剪切力改变时粘度立刻改变p直线状分子往往形成假塑性流体总的来说，分 子量越高，则胶体越具有假塑性假塑性与粘稠 感成反比p触变性也是剪切力引起的流动性受剪切力后流 动速度增加引起粘度下降需要时间，剪切力停止 一段时间之后恢复原来的粘度即在剪切力的作 用下体系发生凝胶――溶液――凝胶的相变改性淀粉p将天然淀粉经过化学处理或酶处理，使其原有的 功能性质发生改变，称为改性淀粉p改性淀粉品种繁多，主要包括：n可溶性淀粉：轻度酸或碱处理nα-化淀粉：糊化后在高温下快速脱水n氧化淀粉：次氯酸钠氧化n磷酸酯化淀粉：三聚磷酸钠等酯化处理n醚化淀粉：环氧乙烷或环氧丙烷处理n交联淀粉：三氯氧磷、三偏磷酸钠等处理淀粉的α化p淀粉糊化后在80℃以上或者0℃以下迅速脱去水 分，可以将淀粉分子固定在α化状态，重新复水 后水分容易进入分子内部，因而无需加热即可立 刻食用pα化状态的淀粉也称为预糊化淀粉速食面、方 便米粥、膨化食品等均经过预糊化处理淀粉改性后的变化p氧化：分子断裂，链长缩短，增加亲水基团p磷酸酯化：分子不断裂，增加大量带电基团p醚化：分子不断裂，增加分支，增加亲水基团p交联：分子不断裂，增加分子之间的交联，限制 分子的分散性淀粉改性对功能性质的影响处理链长和分 支增加基团功能变化氧化淀 粉分子断裂， 链长缩 短增加羰基等 亲水基团粘度降低，色洁 白，不易老化 磷酸单 酯化分子不断裂 增加大量带 电基团高粘度，高亲水 性，不凝胶，良 好抗冻结－解冻 性能 羟乙基 醚化分子不断裂 ，增加分支增加亲水基 团高亲水性，高粘 度，不易老化 交联淀 粉分子不断裂 ，增加分子 之间的交 联不增加亲水 基团耐热、耐酸，胶 冻强度高，不易 糊化表：淀粉磷酸酯化后的水分结合力pWBC—— g/g干物质；AS——水中溶解度%；括号里的数字为取代度。
淀粉 种类游离淀粉淀粉单磷酸酯淀粉二磷酸 酯 WBCASWBCASWBCAS 马铃 薯13787(0.038)70176玉米2154(0.040)6621小麦7452(0.025)4964黑麦8443(0.035)7296 黑小 麦8251(0.023)6174蜡玉 米2235(0.040)90----淀粉交联对粘度曲线的影响p图中ABCD四条曲 线分别为淀粉用0 、0.05%、 0.10%、 0.15%表氯醇交 联后的粘度曲线p下横坐标为温度， 上横坐标为时间， 纵坐标为粘度纤维素及其衍生物p纤维素分子为葡萄糖以β-１,４糖苷键相结合形成 的大分子p纤维素的衍生物n微晶纤维素：填充剂，稳定剂n羧甲基纤维素钠(CMC)：不同取代度的功能性质不同 ，作为增稠剂，组织改良剂，增强保水性n甲基纤维素(MC)和羟丙基甲基纤维素(HPMC)：热 凝胶，乳化剂，成膜剂，脂肪替代作用图：纤维素的结构与改性羧甲基纤维素的制取CMC在食品中的作用p增稠——饮料、酸奶、速溶食品、调味品p稳定——饮料、牛奶、调味品、酸奶p保水——焙烤制品、冷冻甜点p改善口感——饮料、调味品、冷冻甜点p乳化——冰淇淋、肉制品p抑制结晶——冰淇淋、甜食、饼干p帮助形成凝胶——果冻、果酱CMC在一些食品中的作用冰淇 淋软饮 料牛奶调味 品焙烤 食品果糖低卡 食品速溶 食品食品 涂层 增 稠√√√√√√√稳 定√√√√√√保 水√√√√√√√保 胶√√√凝 胶√螯 合√抑 晶√√纤维素衍生物的凝胶p甲基纤维素、羟丙基 甲基纤维素（羟丙基 含量为６.５％）的凝 胶行为。
p横坐标为浓度，纵坐 标为胶凝温度p线条上的数字表示 2%浓度溶液的粘度 值果胶p结构：1,4连接的聚α-D-半乳糖醛酸，间隔有带 α-L-吡喃鼠李糖基侧链的区域p甲酯化：果胶分子中部分羧基甲酯化，甲酯化程 度不同，使得果胶的凝胶性质有所不同酯化度 用DE表示pHM果胶：DE高于50%，包括快凝果胶和慢凝 果胶pLM果胶：DE低于50%p见课本p82，表3-5 果胶的凝胶条件果胶的分子结构果胶分子中的均匀区和毛发区果胶中甲氧基化的羧基不同类型果胶的凝胶条件果胶类型酯化度条件速度高甲氧基100pH不限，糖>55最快高甲氧基50-70pH55慢-快低甲氧基55低甲氧基果胶的钙凝胶机理果胶的应用果胶含量%应用 HM0.1-0.8果冻、果酱、酸奶和牛奶 0.85-1.25软糖 2-3色拉酱、乳化型风味调味品 --搅打奶油和焙烤食品 LM0.8-1.5风味色拉调料、番茄酱 1.0-1.8牛奶冻和布丁 0.8-1.5酸奶、低能量水果酱 0.8-1.5冰淇淋用果冻课堂讨论：为什么？p多糖的凝胶机理是什么？p糖和酸起什么作用？p为什么不同果胶的凝胶条件有这样大的差别？海藻多糖p1 琼脂：线型分子，1,4连接β-D-吡喃半乳糖和 3,6-脱水α-L-吡喃半乳糖，含硫酸酯、葡糖醛酸 和丙酮酸酯。
p2 海藻酸钠：线型分子，β-1,4-D-甘露糖醛酸 片段和α-1，4-L-古洛糖醛酸片段，以及混合片 断组成p3 卡拉胶：硫酸基化的半乳糖和3,6-脱水半乳糖 组成，糖单位中含有1-2个硫酸半酯基团p4 壳聚糖：N-乙酰-D-氨基葡萄糖或D-氨基葡萄 糖以β- 1,4键连接海藻酸盐的结构MMMMMGMGGGGGMGGMGMGMMM-block、G-block and GM mixed region课堂讨论：猜一猜它们的性质p从海藻酸盐的结构推断：它的水中分散性如何？ 粘度如何？凝胶性如何？受哪些因素影响？p卡拉胶和海藻酸盐有何不同？图：海藻酸盐的粘度曲线p海藻酸盐海藻酸钙的凝胶：蛋箱结构p海藻酸钙长链 之间因含钙离 子的蛋箱结构 而相互靠近， 形成三维持水 结构，从而形 成凝胶κ、τ、λ卡拉胶的结构图：卡拉胶的粘度曲线p卡拉胶在低浓 度下具有高粘 度图中横坐 标为浓度，纵 坐标为粘度卡拉胶的凝胶机理甲壳质和壳聚糖的结构植物多糖p1 魔芋多糖：D-甘露糖和D-葡萄糖以β-1,4糖苷 键结合而成主链上有以β-1,3糖苷键结合的侧 链书p90）p2 瓜尔胶和角豆胶：均为半乳甘露聚糖，β-D-甘 露糖以1,4键相连成为主链，有α-D-半乳糖侧链 。
差异在于侧链的密度和位置不同p3 阿拉伯胶：70%由多糖组成，30%为蛋白质 结构瓜尔胶p瓜尔胶的分支规则，每两个甘露糖有一个半乳糖 分支总的M：G为1.6p瓜尔胶是粘度最高的植物胶可以与其它胶质混 合使用，但不能凝胶MMMMMMMMMMMMMMMM┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆ ┆G G G G G G G G瓜尔豆胶的重复单位角豆胶p角豆胶的分支不规则，有分支密集的毛发区和没 有分支的光滑区总的M：G为3.5p角豆胶和其他许多胶质可发生增效作用，很少单 独使用用量0.05%~0.25%MMMMMMMMMMMMMMMM┆ ┆ ┆┆ ┆┆ ┆ ┆ ┆G G G G GG G G G角豆胶和其他胶质的增效作用p许多胶质之间可以相 互发生增效作用其 中角豆胶应用较广p其光滑区和其他胶质 的螺旋结构以氢键相 吸引，从而高效地产 生三维持水结构图：阿拉伯胶的粘度曲线p阿拉伯胶在各种植物 较当中粘度最低，而 溶解性良好。
p阿拉伯胶具有良好表 面活性，并与高浓度 糖溶液具有兼容性微生物多糖p黄原胶：纤维素主链，三糖侧链，侧链由两个甘 露糖和一个葡萄糖醛酸组成侧链与主链平行成 硬棒结构，100℃以上才变成无规线团p茁霉胶：麦芽三糖以α-1,6键连接p葡聚糖：α-D-葡萄糖以α-1,6键连接黄原胶的分子结构图上面为主链，下面为支链黄原胶的特点p冷水和热水中良好溶解性p28~80℃粘度不变，粘度极高ppH1~11之间稳定而粘度不变p高盐浓度下性质稳定p与多种植物胶具有良好协同作用p具有假塑性，随着剪切力增强粘度快速下降p胶凝机理：p94页图 图：黄原胶粘度与剪切力的关系p随着剪切力的增大 ，黄原胶粘度急剧 下降，表示它具有 触变性植物胶在食品当中的应用p凝胶剂p稳定剂p增稠剂p乳化剂p与牛奶胶体相互作用改善质地p低热量食品原料本章思考题p单糖和可消化低聚糖的物理性质差异在食品中有 何意义？p单糖和可消化低聚糖的主要化学反应是什么？p小分子糖的美拉德反应机理是什么？有哪些影响 因素？p淀粉粒的结构特点如何？p淀粉的糊化机理是什么？有哪些影响因素？p淀粉的老化和凝胶机理是什么？有何影响因素？p如何判断淀粉的糊化和老化状态？本章思考题（续）p多糖的结构与溶解度、粘度、老化、凝胶性之间 有什么关系？p改性淀粉有哪些，有哪些功能性质上的变化？p果胶的酯化度和凝胶特性之间有何关系？p卡拉胶在食品中有何应用？p黄原胶有什么特殊性质和应用价值？。